apuntes de electroneumÁtica bÁsica

APUNTES DE ELECTRONEUMÁTICA

BÁSICA

MATERIA: INICIACIÓN A LOS AUTOMATÍSMOS NEUMÁTICOS Y ELECTRON EUMÁTICOS CURSO: 4º DE E.S.O. CENTRO: I.E.S. FRANCISCO TOMÁS Y VALIENTE LOCALIDAD : FUENMAYOR (LA RIOJA) PROFESOR: JOSÉ Mª BAQUEDANO

Apuntes de Electroneumática Básica

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ÍNDICE 1. ELECTRONEUMÁTICA: INTRODUCCIÓN ..................... ................................................................................ 2

2. PRINCIPIOS DE LA ELECTRICIDAD................................................................................................................ 3

2.1. ELECTROSTÁTICA.......................................................................................................................................... 3 2.1.1. CARGA ELÉCTRICA: LEY DE COULOMB .............................................................................................. 4

2.2. ELECTRODINÁMICA...................................................................................................................................... 4 2.2.1. CANTIDAD DE ELECTRICIDAD.............................................................................................................. 4 2.2.2. INTENSIDAD DE CORRIENTE................................................................................................................. 4

2.2.2.1. Medida de la Intensidad de Corriente: Amperímetro ................................................................................................5 2.2.3. DIFERENCIA DE POTENCIAL: FUERZA ELECTROMOTRIZ ............................................................... 5

2.2.3.1. Medida de la d.d.p.: Voltímetro ................................................................................................................................6 2.2.4. GENERADORES DE F.E.M. ...................................................................................................................... 6

2.2.4.1. Acoplamiento de Generadores ..................................................................................................................................6 2.2.5. RESISTENCIA ELÉCTRICA....................................................................................................................... 7

2.2.5.1. Clases de Resistencias ..............................................................................................................................................7 2.2.5.2. Asociación de Resistencias .......................................................................................................................................8

2.2.6. LEY DE OHM ............................................................................................................................................. 9 2.2.6.1. Ley de Ohm Generalizada ........................................................................................................................................9

2.2.7. TRABAJO ELÉCTRICO: UNIDADES........................................................................................................ 9 2.2.8. POTENCIA ELÉCTRICA: UNIDADES.................................................................................................... 10

3. ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTROMECÁNICOS............ ................................................................. 11

3.1. PULSADORES ELECTROMECÁNICOS PARA LA ENTRADA DE SEÑAL..............................................11 3.2. INTERRUPTOR ELECTROMECÁNICO PARA LA ENTRADA DE SEÑAL ..............................................11 3.3. FINALES DE CARRERA ELECTROMECÁNICOS (POR CONTACTO)..................................................... 11 3.4. SENSÓRICA: FINALES DE CARRERA SIN CONTACTO........................................................................... 12

3.4.1. CONTACTO ELÉCTRICO TIPO “RED” (ELECTROMAGNÉTICO) ..................................................... 12 3.4.2. DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS .................................................................................. 12 3.4.3. DETECTORES DE PROXIMIDAD ÓPTICOS......................................................................................... 13 3.4.4. DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS................................................................................. 13

3.5. ELECTROVÁLVULAS................................................................................................................................... 14 3.5.1. ELECTROVÁLVULA 5/2 MONOESTABLE ............................................................................................. 14

3.6. CONVERTIDOR DE SEÑAL NEUMO-ELÉCTRICO (PRESOSTATO) ....................................................... 14 3.7. ELEMENTOS ELÉCTRICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE SEÑALES: EL RELÉ............................. 15

3.7.1. RELÉ DE TIEMPO O TEMPORIZADOR ................................................................................................ 16

4. CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS............................................................................................................ 17

4.1. DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA QUE SOLUCIONA EL PROBLEMA ......................................... 17 4.2. DIAGRAMA “GRAFCET”.............................................................................................................................. 17 4.3. DIAGRAMA ESPACIO-FASE........................................................................................................................ 18 4.4. ESQUEMA DE POTENCIA Y MANDO ......................................................................................................... 18 4.5. DIAGRAMA ELÉCTRICO.............................................................................................................................. 19 4.6. PRUEBA CON “PNEUSIM” Y MONTAJE EN PANEL DIDÁCTICO .......................................................... 20

5. EJERCICIOS.......................................................................................................................................................... 20

6. INICIACIÓN AL AUTÓMATA PROGRAMABLE................. .......................................................................... 20

6.1. EJERCICIOS PARA EL AUTÓMATA............................................................................................................ 23


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1. ELECTRONEUMÁTICA: INTRODUCCIÓN

La utilización de la Neumática se divide principalmente en dos tipos de trabajo:

Trabajos de potencia

Trabajos de mando

En Neumática pura, tanto la potencia como el mando se hacen utilizando aire comprimido. En Electroneumática la potencia sigue siendo neumática (cilindros y motores neumáticos) pero el mando es eléctrico (aparatos eléctricos).

Para esto deberán existir elementos que sirvan de unión entre la neumática y la electricidad:

Electroválvulas: convierten una señal eléctrica en neumática.

Presostatos: convierten una señal neumática en eléctrica.

MANDO NEUMÁTICO:

NEUMÁTICA PURA

MANDO ELÉCTRICO:

ELECTRONEUMÁTICA

POTENCIA: NEUMÁTICA

PILOTAJE NEUMÁTICO

PILOTAJE ELÉCTRICO


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2. PRINCIPIOS DE LA ELECTRICIDAD

Todo cuerpo está cargado eléctricamente. Los electrones cargados negativamente y sin masa giran en diferentes órbitas del átomo, mientras los protones cargados positivamente y con masa y los neutrones que solo poseen masa se encuentran en el núcleo. La fuerza de atracción de los protones y electrones es compensada por la fuerza centrífuga de éstos, existiendo un equilibrio de fuerzas en el átomo.

En ciertos materiales (llamados conductores), los electrones de la última capa están poco ligados al núcleo (electrones libres), por lo que si actúa sobre ellos una fuerza podrán desplazarse a lo largo de la estructura del material. Si dicho desplazamiento se realiza de una forma ordenada recibe el nombre de corriente eléctrica . Para que pueda existir corriente eléctrica es necesario establecer un circuito eléctrico en el que se una el polo positivo de un generador (defecto de electrones) con el polo negativo del generador (exceso de electrones) por medio de un hilo conductor.

El sentido real de la circulación de la corriente eléctrica es del polo negativo (-) al polo positivo (+), aunque antiguamente se pensaba lo contrario, tomándose como sentido convencional de la corriente del polo positivo (+) al polo negativo (-). Es así como se suele encontrar en los esquemas simbólicos.

Además del generador (fuente de electrones) y del hilo conductor (camino) por el que circulan los electrones, casi siempre se intercala otro elemento receptor (lámpara, resistencia, motor, etc.) que recibe los electrones y aprovecha su energía para producir luz, calor, movimiento, etc.

Aquellos materiales que permiten el paso de corriente eléctrica por ellos se llaman conductores . Entre los más conductores están la plata, el cobre y el aluminio de entre los metales, además del cuerpo humano, la tierra, etc. Los que no conducen prácticamente se llaman aislantes, dieléctricos o no conductores y entre ellos se encuentran el aire, el caucho, el vidrio, la porcelana, la ebonita, la madera, etc. Aquellos que tienen propiedades intermedias se denominan semiconductores y debido a otras propiedades que poseen son muy utilizados en electrónica. Entre ellos se encuentran el silicio y el germanio.

Esta clasificación no es exclusiva, pues hay elementos como el mármol, algodón, papel, etc., que son medianamente conductores y otros que su conductividad varía con condiciones como la humedad, etc.

2.1. ELECTROSTÁTICA

La electrostática es la parte de la electricidad que estudia el comportamiento de cargas eléctricas en reposo. Se estudian sus efectos con más detenimiento en Física.

Hay cuerpos cargados positivamente (defecto de electrones) y cuerpos cargados negativamente (exceso de electrones). Cuando aproximamos cuerpos que tienen cargas del mismo signo se repelen, mientras que si aproximamos cuerpos con cargas de distinto signo se atraen.

Interruptor

Receptor (lámpara)

Generador (pila)

Sentido real de la corriente

Sentido convencional de la corriente


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2.1.1. CARGA ELÉCTRICA: LEY DE COULOMB

Se denomina carga eléctrica a la cantidad de electricidad de un cuerpo, es decir, el exceso o defecto de electrones.

Para poder definir cual de dos cuerpos está más cargado, es necesario definir la unidad de carga. El electrón puede parecer la mejor unidad, pero al ser su carga tan pequeña se tomó como unidad el culombio . Debe su nombre a Charles de Coulomb (1736-1806), que descubrió la “Ley fundamental de la electrostática”.

La Ley de Coulomb dice que la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

2.2. ELECTRODINÁMICA

La electrodinámica es la parte de la electricidad que estudia el comportamiento de cargas eléctricas en movimiento. Sus efectos son los que vamos a aprovechar.

Si dos cuerpos cargados de distinto signo los unimos por medio de un conductor, existe un paso de electrones del cuerpo cargado negativamente (exceso de electrones) que se denomina polo negativo, al cargado positivamente (defecto de electrones) que se denomina polo positivo. Dicha circulación cesa cuando los dos cuerpos quedan igualados en cargas.

2.2.1. CANTIDAD DE ELECTRICIDAD

Se llama cantidad de electricidad al número total de cargas eléctricas (electrones) que circulan por un conductor. Se mide en culombios y se designa por la letra Q.

2.2.2. INTENSIDAD DE CORRIENTE

Se llama intensidad de corriente a la cantidad de electricidad que recorre un circuito en unidad de tiempo. Se mide en amperios y se designa por la letra I.

Al ser el amperio una unidad muy grande, se suelen utilizar sus submúltiplos:

Miliamperio (mA) = 10-3 amperios

Microamperio (µA) = 10-6 amperios

Nanoamperio (nA) = 10-9 amperios

q . q´

F = K . ---------- r2

F = fuerza de atracción o repulsión K = constante que depende del medio (1 para el aire) q y q´ = cargas de los cuerpos r = distancia entre ambos cuerpos

1 culombio = 6´25 x 10 18 electrones

Q (culombio) IIII (amperio) = -------------------------

t (segundo)


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2.2.2.1.Medida de la Intensidad de Corriente: Amperímetro

El amperímetro es el aparato encargado de medir la intensidad de corriente. Hay muchos tipos de construcción, basados en efectos térmicos, magnéticos, etc.

Siempre se debe colocar en serie en el circuito para que pase por él toda la intensidad de corriente. Esto significa “romper” el circuito, por lo que en muchos casos se determina la intensidad de forma indirecta a través de la “Ley de Ohm”.

2.2.3. DIFERENCIA DE POTENCIAL: FUERZA ELECTROMOTRI Z

Vamos a comparar su concepto con el paso de líquido de un recipiente a otro. Si tenemos dos recipientes enlazados por distinto nivel de líquido, éste pasa del que está a más alto nivel A al que está a más bajo nivel B, hasta que se alcanza el mismo nivel. Si queremos que esté pasando continuamente, debemos restablecer de nuevo la diferencia de nivel con una bomba hidráulica.

Lo mismo ocurre con la corriente eléctrica. Para que exista paso de corriente hay que poner en contacto dos cuerpos que estén cargados con electricidad de distinto signo. El cargado negativamente se dice que tiene un potencial eléctrico (VA) mayor al cargado positivamente (VB), creándose una diferencia de potencial (d.d.p.) . Al ponerlos en contacto por medio de un hilo conductor, los potenciales se igualan. Si queremos que el paso sea continuo, es necesario restablecer la d.d.p. por medio de un generador de corriente. Existe, por tanto, un consumo de energía que suministra el generador por medio de su fuerza electromotriz (f.e.m.) .

Se llama fuerza electromotriz E de un generador, al trabajo T necesario para llevar la carga Q desde un punto B a otro A que está a mayor potencial.

+ -

A

Turbina

B

Depósito

A

Depósito

B

Desnivel Bomba

Hidráulica

R

d.d.p.

(VA-VB)

A

B

T 1 Julio E = ------- 1 Voltio = ------------- -------- Q 1 Culombio


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Como:

Q = IIII.t

P = T/t

Deducimos que la f.e.m. nos mide la potencia necesaria para mantener en un circuito una intensidad de corriente.

Tanto la fuerza electromotriz (f.e.m.) como la diferencia de potencial (d.d.p.) se mide en voltios, que se representa por la letra V. A la d.d.p. se le llama también tensión o voltaje .

2.2.3.1.Medida de la d.d.p.: Voltímetro

Para medir el voltaje, se dispone de un aparato llamado voltímetro . Se diferencia del amperímetro en que no interesa que toda la corriente pase por él, para evitar pérdidas.

Siempre debe colocarse en paralelo en el circuito entre los puntos a medir.

2.2.4. GENERADORES DE F.E.M.

Existen dos tipos principales: los electromagnéticos (alternadores y dínamos) y los de tipo químico (pilas y acumuladores).

Las pilas son generadores de f.e.m. que convierten la energía química en eléctrica. Su nombre proviene de un apilamiento ideado por Volta de rodajas de Cu y Zn, separadas por una rodaja de paño empapada en agua y ácido sulfúrico.

2.2.4.1.Acoplamiento de Generadores

Se pueden acoplar entre sí en serie, paralelo o derivación y mixto.

P 1 Vatio E = ------- 1 Voltio = ---------------- ---- IIII 1 Amperio

+ -

M

V

+ - + - + - + - + - Conexión serie Conexión paralelo


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El acoplamiento en serie , se consigue uniendo el polo negativo de un generador con el positivo del siguiente. La f.e.m. del conjunto es la suma de la f.e.m de cada pila.

La unión en paralelo se consigue uniendo todos los polos positivos por un lado y los negativos por otro. La f.e.m. del conjunto es la de cada generador, pero la intensidad del conjunto es la suma de las intensidades de cada generador.

La unión mixta consiste en mezclar acoplamientos serie con paralelos.

2.2.5. RESISTENCIA ELÉCTRICA

Se llama resistencia eléctrica de un conductor a la mayor o menor dificultad que ofrece al paso de la corriente eléctrica. Los buenos conductores ofrecen poca resistencia, los malos o resistivos mucha y los aislantes una resistencia prácticamente total al paso de corriente. Se representa por la letra R y se mide en ohmnios (ΩΩΩΩ).

Se ha comprobado que dos conductores de la misma longitud y sección pero distinto material, no ofrecen la misma resistencia eléctrica. A esa resistencia específica del material se le llama resistividad , y se representa por la letra griega (ρρρρ). Luego la resistencia eléctrica de un conductor depende de la longitud, sección y resistividad:

R = resistencia (ohmnios)

llll = longitud (metros)

S = sección (mm2)

ρρρρ = resistividad (Ω.mm2/m)

La conductividad es la propiedad contraria a la resistividad, esto es, la facilidad con que los conductores dejan pasar la corriente eléctrica. Se representa por la letra griega (σσσσ).

2.2.5.1.Clases de Resistencias

Además de los conductores, en los circuitos se utilizan dispositivos para dificultar el paso de la corriente. Estas resistencias pueden ser: fijas en valor, variables y dependientes especiales.

COLOR 1er Y 2º ANILLO 3 er ANILLO

Negro 0 0

Castaño 1 00

Rojo 2 000

Anaranjado 3 0000

Amarillo 4 00000

Verde 5 000000

Azul 6

Violeta 7

Gris 8

Blanco 9

Metal Resistividad ΩΩΩΩ.mm2/m Aluminio (Al) 0,028 Carbón (C) 63 Cinc (Zn) 0,061 Cobre (Cu) 0,017 Estaño (Sn) 0,12 Hierro (Fe) 0,13 Mercurio (Hg) 0,957 Niquelina (Cu-Ni-Zn) 0,4 Plata (Ag) 0,0163 Plomo (Pb) 0,204 Constantán (Cu-Ni) 0,5 Nicrón (Ni-Cr) 1

llll R = ρρρρ. -------

S


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Las fijas tienen determinado su valor por un código de colores o por cifras en su cuerpo. Se construyen aglomeradas, de película de carbón o metálicas y bobinadas.

Los colores forman anillos. El primero de la izquierda nos da el primer número, el segundo la segunda cifra y el tercero el número de ceros. Suelen llevar un cuarto anillo para la tolerancia, dorado del 5% y plateado del 10%.

Las variables se llaman potenciómetros o reostatos , con resistencias que pueden tomar un valor entre 0 y R por medios manuales. Hay muchos tipos constructivos.

Las especiales o dependientes se fabrican con materiales especiales y modifican su característica resistiva según el agente del que dependen. Entre ellas se encuentran las siguientes:

Dependientes de la temperatura o termistores, que pueden disminuir su resistencia al aumentar la temperatura (NTC), o poseer una determinada temperatura dentro de un margen de temperaturas (PTC).

Dependientes de la iluminación o resistores (LDR), que disminuyen su resistencia al aumentar la luz.

Dependientes de la tensión o varistores (VDR), que disminuyen su resistencia al aumentar la tensión.

2.2.5.2.Asociación de Resistencias

Recibe el nombre de resistencia equivalente o resistencia combinada en un acoplamiento de varias resistencias, a una resistencia que puesta en lugar de todas ellas produce el mismo efecto.

Se pueden combinar entre si de las siguientes formas:

La conexión en serie da como resultado la equivalente:

La conexión en paralelo o derivación bifurca todas las intensidades por todas las resistencias, siendo la equivalente:

+ - + - R1 R1 R2 R2 R3 Conexión serie Conexión paralelo

RT = R1 + R2 + R3 + .......

1 1 1 1 ---- = ---- + ---- + ---- + ...

RT R1 R2 R3


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En la conexión mixta , se debe calcular primero la resistencia equivalente de las que estén en paralelo, y luego la equivalente de las que están en serie.

2.2.6. LEY DE OHM

Si disponemos de un circuito con un generador, una resistencia variable, un amperímetro y un voltímetro, se observa que a medida que con el reostato aumentamos la resistencia, la intensidad disminuye. Luego la intensidad está en razón inversa a la resistencia.

Si en vez de uno colocamos, por ejemplo, tres generadores idénticos en serie, tanto la d.d.p. como la intensidad aumenta por tres. Luego la intensidad es directamente proporcional a la f.e.m. aplicada al circuito.

El físico Ohm enunció una ley que lleva su nombre y combina los dos fenómenos anteriores diciendo: la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional a la tensión aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que opone el circuito:

2.2.6.1.Ley de Ohm Generalizada

Los generadores de f.e.m. ofrecen una resistencia al ser atravesados por la corriente, y se llama resistencia interna r.

La resistencia total del circuito será, por tanto, la suma de la resistencia externa R y la interna r, pues están en serie en el circuito. Sustituyendo, la Ley de Ohm generalizada será:

El primer sumando representa la f.e.m. gastada en el circuito exterior, y el segundo la gastada en el interior del generador.

La tensión en bornas del generador es la f.e.m. que se puede consumir en el circuito exterior, siendo la f.e.m. del generador disminuida en la caída de tensión originada en su interior:

2.2.7. TRABAJO ELÉCTRICO: UNIDADES

Se llama trabajo eléctrico al que se produce al trasladar una carga de un punto a otro que esté a distinto potencial.

E V 1Voltio IIII = ------- = ------- 1 Amperio = ------- ---------

R R 1 Ohmnio

E E IIII = ----- = -------- RT R + r

Despejando la f.e.m.:

E = IIII. (R+r) = IIII.R + IIII.r

VA – VB = E – r . IIII

T = Q . (VA – VB) = IIII. t . (VA – VB)

1 Julio = 1 Culombio . 1 Voltio

1 Julio = 1 Amperio . 1 Segundo . 1 Voltio


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2.2.8. POTENCIA ELÉCTRICA: UNIDADES

Se llama potencia eléctrica al trabajo realizado por la corriente eléctrica en unidad de tiempo.

T Q . (VA – VB) IIII. t . (VA – VB) P = --- = ---------------- = ---------------------- = IIII. (VA – VB)

t t t 1 Julio 1 Culombio . 1 V oltio

1 Vatio = --------------- = ----------------------- ------ = 1 Amperio . 1 Voltio 1 Segundo 1 Segundo


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3. ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTROMECÁNICOS

La energía eléctrica es introducida, procesada y cursada por elementos muy determinados. Para simplificar su instalación y mantenimiento figuran dichos elementos de forma simbólica en los esquemas eléctricos.

3.1. PULSADORES ELECTROMECÁNICOS PARA LA ENTRADA DE SEÑAL

El pulsador es un elemento que introduce la señal de una instalación para ponerse en marcha. Puede actuar como contacto de cierre, apertura o de cierre y apertura (conmutado).

3.2. INTERRUPTOR ELECTROMECÁNICO PARA LA ENTRADA DE SEÑAL

Al pulsar el botón queda mecánicamente enclavado. Al volver a accionarlo, queda nuevamente desenclavado.

3.3. FINALES DE CARRERA ELECTROMECÁNICOS (POR CONTA CTO)

Los finales de carrera detectan determinadas posiciones de piezas de maquinaria u otros elementos de trabajo (cilindros o motores). Su elección depende de muchos factores como el esfuerzo, seguridad de contacto, exactitud del punto de conmutación, etc. Normalmente estos pulsadores finales tienen un contacto conmutado, aunque son posibles otras combinaciones.


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3.4. SENSÓRICA: FINALES DE CARRERA SIN CONTACTO

La conmutación se realiza sin el contacto físico del final de carrera con el elemento.

3.4.1. CONTACTO ELÉCTRICO TIPO “RED” (ELECTROMAGNÉT ICO)

Se utiliza mucho cuando se necesita un número elevado de maniobras, así como cuando no existe sitio para uno electromecánico o las condiciones ambientales influyen (polvo, arena, humedad, etc.). También hay que tener en cuenta que no se pueden montar en lugares con fuertes campos magnéticos, además de que no todos los cilindros son aptos.

En un bloque de resina sintética están inyectados dos contactos, junto con un tubito de vidrio lleno de gas protector. Al aproximarse un émbolo con imán permanente, los extremos de las lengüetas solapadas de contacto se atraen y conectan. Si se aleja el imán, las lengüetas se separan. Tienen una larga duración y están exentos de mantenimiento. Su tiempo de conmutación es muy corto (0,2 milisegundos aproximadamente).

Poseen generalmente un led de indicación de activación.

3.4.2. DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

En la práctica, a menudo se ha de detectar o contar piezas movidas en máquinas o dispositivos. En la mayoría de los casos no se pueden utilizar finales de carrera mecánicos por no ser suficiente la fuerza de la pieza para su accionamiento, o magnéticos porque la detección de la pieza está fuera del campo de acción del cilindro.

Los captadores de proximidad inductivos detectan si hay o no un objeto metálico sin contacto. Su símbolo es el siguiente:

Tienen el inconveniente de que hay que acercarlos mucho a la pieza. Hay que tener en cuenta la distancia cuando se activa, debido a la histéresis, pues el campo de acción aumenta y puede detectar otros metales que no son presencia de pieza por lo que se desactivaría.

+24 V. (marrón)

(Negro/blanco)

+0 V. (azul)

P.N.P. ⇒ 24 V. al activarse

(Europa)

N.P.N. ⇒ 0 V. al activarse (Japón)


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3.4.3. DETECTORES DE PROXIMIDAD ÓPTICOS

Éstos reaccionan a la luz. Hay dos tipos principales: aquellos que tienen el emisor-receptor en un mismo elemento y los que tienen el emisor y el receptor en dos elementos diferentes. Son algo más caros que los inductivos.

Suelen llevar conductores, que ocupan menos espacio que el propio sensor, y son de polímeros o de fibra de vidrio.

3.4.4. DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

A diferencia de los inductivos, reaccionan a cualquier tipo de materiales (hasta el polvo). Dependiendo de lo que se quiera detectar, se debe elegir atendiendo a la sensibilidad. Son más caros, pues su utilización es menor. Trabajan mal por debajo de 0º C.

El aspecto exterior de todos (inductivo, óptico y capacitivo) es bastante semejante.

Un ejemplo de conexionado en un circuito, para cualquiera de los sensores vistos hasta ahora, es el siguiente:

Emisor más pequeño, pudiendo adaptarlo en sitios más pequeños

Conductor polímero

o de fibra de vidrio

Unión del sensor al conductor

+ 24 V.

- 0 V.


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3.5. ELECTROVÁLVULAS

Al aplicar en la práctica mandos con aire comprimido y corriente eléctrica, es preciso el empleo de sistemas convertidores.

Las válvulas electromagnéticas (electroválvulas) tienen el cometido de convertir señales eléctricas en el mando en señales neumáticas en la potencia. Constan de una válvula neumática y de una parte eléctrica de mando (cabeza de electroimán) encargada de realizar el cambio de posición en la válvula.

Al igual que las válvulas neumáticas puras, existen modelos monoestables (el retorno se realiza por muelle) y biestables o memoria.

3.5.1. ELECTROVÁLVULA 5/2 MONOESTABLE

El cambio de posición se realiza al “excitar” la bobina del solenoide (Y) a través de una señal eléctrica.

En posición de reposo el muelle se extiende comunicando P⇒⇒⇒⇒B, A⇒⇒⇒⇒R y S está cerrado. Al recibir la señal de pilotaje eléctrica, el solenoide se acciona, cambiando la posición de la válvula al comprimir el muelle y comunicando P⇒⇒⇒⇒A, B⇒⇒⇒⇒S y R se cierra.

Cuando el solenoide (electroimán) está accionado, desplaza a la pieza metálica a la derecha, por lo que cierra el paso de aire de P hacia el lado derecho del pistón, entrando solo por la parte izquierda y, por tanto, desplazando a la corredera hacia la derecha.

Si el solenoide no recibe señal eléctrica, el propio muelle desplaza a la pieza metálica a la izquierda y pasa aire a la parte derecha, desplazando a la corredera hacia la izquierda.

En una válvula biestable el funcionamiento sería el mismo, eliminando el muelle y poniendo otro electroimán en el otro lado.

3.6. CONVERTIDOR DE SEÑAL NEUMO-ELÉCTRICO (PRESOSTATO)

Al existir señal neumática por X, un pequeño émbolo conmuta un pequeño microinterruptor.


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Si la señal X se anula, el émbolo es empujado por el muelle, quedando liberado el transmisor eléctrico de señales. El transmisor eléctrico es un contacto de conmutación, por lo que se puede aplicar como contacto de apertura, cierre o conmutado según la necesidad.

3.7. ELEMENTOS ELÉCTRICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE SEÑALES: EL RELÉ

Los relés son elementos eléctricos que conectan y mandan con un coste energético relativamente bajo.

Aplicando tensión a la bobina, circula corriente eléctrica por el arrollamiento y se crea un campo magnético, por lo que la armadura es atraída al núcleo de la bobina. Dicha armadura está unida mecánicamente a los contactos, que se abre o cierran (según su disposición). Si desaparece la tensión, la armadura retorna a su posición inicial por la fuerza del muelle.

En la práctica se utilizan símbolos que facilitan su representación. Cuando hacen falta contactos distintos, se emplean relés con contactos de apertura y de cierre en un mismo elemento.

En el siguiente ejemplo, se dispone de un relé K1 con su alimentación (A1 – A2), dos contactos de apertura y dos de cierre:

Tienen la ventaja de poder trabajar a diferentes tensiones y en un marco amplio de temperaturas. Sus principales desventajas son la abrasión de los contactos (por el arco), el espacio que ocupan con relación a los transistores, el ruido que producen, el efecto que puede producir el efecto en sus contactos.


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3.7.1. RELÉ DE TIEMPO O TEMPORIZADOR

Tienen el cometido de, al transcurrir un tiempo, conectar o desconectar en un circuito los contactos.

El funcionamiento del relé con retardo a la activación (excitación o conexión) es el siguiente. Al aplicar tensión (accionando el pulsador S), empieza al contaje del tiempo ajustado. Una vez alcanzado el tiempo, tiene lugar un cierre del circuito por medio de la conexión 18.


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4. CIRCUITOS ELECTRONEUMÁTICOS

Para la resolución de automatismos existen diferentes métodos. Nos vamos a apoyar en la resolución secuencial del método GRAFCET (gráfico de etapa-transición) para su paso posterior al diagrama eléctrico y montaje final. Los pasos a seguir serán los siguientes:

1. Determinación de la secuencia que soluciona el problema.

2. Diagrama GRAFCET.

3. Diagrama espacio-fase.

4. Esquema de potencia y mando.

5. Esquema eléctrico.

6. Prueba en PNEUSIM y montaje en panel didáctico.

Cada uno de estos pasos vamos a verlo con un ejemplo:

Un cilindro de doble efecto sale al accionar un pulsador. El retorno solo se realiza cuando llega a su fin de carrera.

4.1. DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA QUE SOLUCIONA EL PROBLEMA

Al pulsador que acciona el cilindro le llamamos S. En caso de haber más pulsadores o interruptores les llamaríamos S1, S2, etc.

A los cilindros les vamos a llamar por letras mayúsculas. Por tanto, nuestro cilindro será el A. Si hubiese más serían el B, C, etc.

Los finales de carrera los denominaremos con la misma letra que su cilindro pero minúscula. Para el final de carrera que detecta la posición de vástago entrante se designa por 0, y el que detecta vástago saliente se designa por 1. Por tanto, en nuestro caso tendremos los finales de carrera a0 y a1.

Las electroválvulas las representaremos por la letra mayúscula Y con subíndice, atendiendo al número de ellas que existan. En nuestro caso, como hay dos, serán la Y1 y la Y2.

Con estas aclaraciones, podemos traducir el ejercicio de la siguiente forma: al accionar el pulsador S activa la electroválvula Y1 , saliendo el cilindro A. El regreso solo se realiza cuando toca su final de carrera a1 que acciona la electroválvula Y2.

La secuencia determina las posiciones extremas de los cilindros. Por tanto, en este ejercicio, su resolución es la siguiente:

A+/A-/

4.2. DIAGRAMA “GRAFCET”

El gráfico de etapa transición nos aporta más información que la secuencia en sí. En él se incluyen, además de las posiciones de los cilindros o elementos de potencia (etapas ), los elementos que hacen que cambien de posición o elementos de mando (transiciones ). Estos elementos son los pulsadores, interruptores, finales de carrera, etc. Se representa por cuadrados las etapas y por rayas verticales las transiciones.

Se basa en que solo existe en cada momento una etapa activa, de tal forma que no se activa la siguiente hasta que lo ordena la transición, desactivándose la anterior. De esta forma eliminamos la posibilidad de señales permanentes, esto es, señales a una válvula por sus dos lados a la vez.

La primera etapa se denomina de inicio y se representa por 0. El resto de etapas representan todos los estados de la secuencia en sí. En el ejemplo, existen dos etapas, la 1 para A+ y la 2 para A-.


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El gráfico queda así:

4.3. DIAGRAMA ESPACIO-FASE

Con este diagrama vemos el estado de los elementos a través de cada fase. Para el ejemplo, el diagrama es el siguiente:

Con el diagrama podemos comprobar si existen o no señales permanentes. En este caso, si estuviésemos pulsando S, el cilindro no retornaría, pues existiría señal por los dos sitios.

4.4. ESQUEMA DE POTENCIA Y MANDO

En él se representa el diagrama simbólico de montaje. En la parte superior se representan los elementos de potencia, mientras que los elementos de mando y señal se representan en filas inferiores.

0 Etapa de inicio o

condiciones iniciales

1

S

A+ Accionar la

electroválvula Y1

2

a1

A- Accionar la

electroválvula Y2

a0

A+

A- S act.

S desact. a0 act.

a0 desact. a1 act.

a1 desact.

0 1 2=0

P.M.


19

Los finales de carrera se pueden simplificar como en la figura, aunque si son tipo red se representan sobre el cilindro. Si son electromecánicos o sensores, se pueden representar así de forma simplificada o en su posición con su símbolo.

4.5. DIAGRAMA ELÉCTRICO

Existen dos formas de representación eléctrica: la europea y la americana. Varían poco entre sí, pero la simbología americana nos sirve mejor para pasar posteriormente el diagrama a un autómata programable, pues normalmente siguen sus pasos.

En un primer momento asignaremos a cada etapa del GRAFCET un número que lo vamos a hacer corresponder con un relé. En nuestro caso, a la etapa 0 podemos asignar el relé K0, a la 1 el K1 y a la 2 el K2. A continuación seguiremos unas normas para “activar” y “desactivar” cada uno de los relés, variando la etapa de inicio y siendo la activación y desactivación de las demás iguales entre sí. La “Y” se representa por “.” y la “O” por “+”:

SET (activación) ⇒⇒⇒⇒ KX = KX-1 . Transición + K X

(el anterior y la transición o él mismo)

RESET (desactivación) ⇒⇒⇒⇒ KX = KX+1

(el siguiente)

SET DE INICIO: ⇒⇒⇒⇒ KX = KX-1 . Transición + K X + P.M.

(el anterior y la transición o él mismo o la P.M.)

RESET DE INICIO: ⇒⇒⇒⇒ KX = KX+1

(el siguiente)

NOTA: La P.M. (puesta en marcha) es un pulsador que sólo se activa una vez al comenzar el ciclo de trabajo. Su función es activar el relé de inicio (generalmente llamado K0),en el momento de la conexión inicial.

Pasemos a continuación el GRAFCET a esquema eléctrico europeo teniendo en cuenta las normas vistas anteriormente. Falta poner en cada pulsador y final de carrera su símbolo eléctrico real.

A a0 a1

Y1 Y2


20

4.6. PRUEBA CON “PNEUSIM” Y MONTAJE EN PANEL DIDÁCT ICO

Una vez determinado el esquema eléctrico por uno u otro método, se puede pasar este mismo esquema al programa de simulación PNEUSIM de la casa MARTONAIR. Existen otros programas de diferentes casas constructoras que difieren en poco de éste. Otras versiones determinan incluso el tamaño de los cilindros, su caudal, etc. Para nuestro caso es suficiente con su simulación.

La filosofía del programa es como cualquier otro de entorno de ventanas. Existe una serie de menús desplegables con los que dibujaremos los esquemas y simularemos su funcionamiento.

Una vez probado el ejercicio en PNEUSIM, estamos en condiciones de realizar su montaje en panel didáctico, a partir del diagrama eléctrico elaborado.

5. EJERCICIOS

Se deben realizar los mismos ejercicios que en el apartado de neumática, pero aplicando la electroneumática. Conviene llamar a cada ejercicio, al igual que en los de neumática, con las iniciales más el número de ejercicio y una “e”.

6. INICIACIÓN AL AUTÓMATA PROGRAMABLE

El último paso que vamos a ver es la aplicación de lo visto hasta ahora utilizando un Autómata Programable (PLC) de la casa OMROM. La filosofía es parecida en la mayoría de los modelos de las diferentes casas constructoras. En nuestro caso, utilizaremos el autómata CPM1 de OMROM, programándolo desde el software SYSWIN 3.1.

Las hojas siguientes son de soporte para la adecuación de los elementos de entrada, proceso y salida con relación a dicho autómata.

K2

a0

K1

K0 P.M. K0

S

K2

K1

K0 K1

K1

a1

K0

K2

K1 K2

Y1

A+

Y2

A-

+ 24 v.

- 0 v.

A

1001

B b1 (1) b0 (2)

1002

C D c1 (3) c0 (4) d1 (5) d0 (6)

1003 1004 1005 1006 1007

101

102

103

ASIGNACIÓN DE RELÉS INTERNOS

- Para la realización del

GRAFCET utilizaremos a partir del relé interno con número 200.

- Los temporizadores ( TIM)

comenzaremos por el número 1 hasta el 127.

- Los contadores ( CNT)

comenzaremos por el número 127 hasta el 1.

INTERRUPTOR (S1) PULSADOR (S2) PULSADOR (PM)


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ACTIVACIÓN DE LOS RELÉS:

SET (activación) ⇒⇒⇒⇒ KX = KX-1 . Transición + K X

(el anterior y la transición o él mismo)

RESET (desactivación) ⇒⇒⇒⇒ KX = KX+1 (el siguiente)

SET DE INICIO: ⇒⇒⇒⇒ KX = KX-1 . Transición + K X + P.M. (el anterior y la transición o él mismo o la P.M.)

RESET DE INICIO: ⇒⇒⇒⇒ KX = KX+1 (el siguiente)

NOTA: La P.M. (puesta en marcha) es un pulsador que sólo se activa una vez al comenzar el ciclo de trabajo. Su

función es activar el relé inicial, (generalmente llamado K0),en el momento de la conexión inicial.

23

6.1. EJERCICIOS PARA EL AUTÓMATA

1. Un cilindro de doble efecto (B) sale al accionar un pulsador (S1) o un interruptor (S2). Al llegar al final de su recorrido (b1) sale otro cilindro de doble efecto (C). Cuando el segundo llega al final de su recorrido (c1), retorna el primero. Al retornar el primero y llegar a su final de recorrido (b0), retorna el segundo. Para comenzar un nuevo ciclo, debemos asegurarnos que el segundo cilindro a retornado totalmente (c0).

2. Un cilindro de doble efecto (B) sale al cabo de 5 segundos de accionar un pulsador (S1) o un

interruptor (S2). Al llegar al final de su recorrido (b1), salen otros dos cilindros de doble efecto a la vez (C y D). Al llegar los dos al final de su recorrido (c1 y d1), retorna el primero. Al llegar el primero a su final de recorrido (b0) retornan los otros dos a la vez. Para comenzar un nuevo ciclo, debemos asegurarnos que los dos últimos retornen totalmente (b0 y c0).

3. Un cilindro de doble efecto (D) sale al accionar un pulsador (S1) y un interruptor (S2). El retorno se

realizará rápidamente sólo cuando llegue al final de su recorrido (d1).

4. Un cilindro de doble efecto (B) sale al accionar un pulsador (S1) o un interruptor (S2). Al llegar a su final de recorrido (b1) sale otro (D), que retorna nada más llegar al final (d1). Al retornar totalmente el segundo (d0), retorna el primero al cabo de 3 segundos. Para comenzar el ciclo, debemos asegurar que el cilindro último retorne completamente (b0).

5. Resolver los automatismos que corresponden a las siguientes secuencias. Todos los movimientos

se realizan a través de un pulsador o un interruptor.

a. B+C+/D-/D+/B-/C-/ b. B-D+/C+/B+D-/C-/ c. B+/C+/D+/B-C-D-/

6. Un cilindro de doble efecto (B) sale al accionar un pulsador (S1) o un interruptor (S2). A continuación, dos cilindros (C y D) salen y entran 5 veces, para finalmente retornar el cilindro B.

7. Los bordes de chapa deben ser doblados mediante una herramienta de forma, accionada electro

neumáticamente. El doblado inicial se efectúa, primero con un cilindro (B), al accionar un pulsador. Una vez que el vástago de éste ha regresado a su posición de origen, se efectúa el doblado final de la pieza mediante un segundo cilindro (C).


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8. Los paquetes enviados por un transportador son elevados por un cilindro neumático (B) cuando se posiciona pieza sobre él (en ese momento actúa como accionamiento), y empujados sobre otro transportador por un cilindro (C). Existe el imperativo de que el cilindro C no retorne hasta que B alcance su posición extrema posterior.

9. En un alojamiento se sitúan las piezas a taladrar. Al accionar un pulsador (S) de marcha, el cilindro (D) fija la pieza. Sólo cuando la pieza está en posición correcta, sale el vástago del cilindro (B) para sujetarla. Cuando el cilindro (B) se encuentra en posición de sujeción, la unidad de mecanizado (taladrado) (C) avanza y taladra la pieza. Al concluir el proceso, la unidad de mecanizado retorna a su posición inicial. A continuación afloja el cilindro de fijación (D) y solo entonces retorna el cilindro de sujeción (B).


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10. Una línea transportadora salva una altura con el montaje de la figura. El cilindro (B) sujeta las cajas que vienen por la cinta 1 cuando el (C) está elevado. A continuación el (D) impulsa las cajas a la cinta 2. Se debe hacer de forma continua.

11. Unas piezas rectangulares son marcadas por una máquina especial. Caen por gravedad por un depósito, momento en el que son empujadas de una en una contra un tope (actúa de accionamiento presencia-pieza) y sujetadas por un cilindro, marcadas por un segundo cilindro y finalmente expulsadas por un tercero.


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12. En este ejercicio, determinar solamente la secuencia. En el siguiente ejemplo, se van a manipular piezas situadas en una tolva de gravedad donde está situado un captador de presencia de pieza (1). Si hay pieza, (Z1) saca una de la tolva y la sitúa en posición (2) para poder ser transportada por un manipulador hasta una banda de transporte según la figura. Solo cuando (Z1) retorna a su posición de reposo, actúa el manipulador. Se tendrá en cuenta que (Z4) es una pinza (cerrar – y abrir +), (Z2) un cilindro de aproximación a la vertical de la tolva, (Z3) un cilindro ascendente-descendente con la finalizad de no golpear la pieza en el trasbordo y (Z5) un cilindro que gira 180º (derecha – e izquierda +). Se debe hacer con el menor número de pasos teniendo en cuenta, sobre todo, el retorno a la posición inicial. Para manipular otra pieza, todo debe estar en posición de reposo, con pieza en el captador de presencia de pieza y sin pieza en el captador de pieza posicionada.

• TODOS LOS EJERCICIOS SE DEBEN REALIZAR SIGUIENDO LO S SIGUIENTES CRITERIOS:

1º) DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA QUE SOLUCIONA EL AUTOMATISMO. 2º) GRAFCET QUE SOLUCIONA LA SECUENCIA. 3º) ESQUEMA ELÉCTRICO. 4º) PASO A “SYSWIN” E IMPRESIÓN. 5º) RESOLUCIÓN EN EL ORDENADOR Y PANEL.

Llamar a los ejercicios por vuestras iniciales y a continuación el número que corresponda.

apuntes de electroneumÁtica bÁsica

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